KR20030000424A - 교류전기로의 초기 전극봉 위치 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 교류전기로의 초기 전극봉위치 제어장치는 전극봉과 스크랩 사이의 전압검출에 의해 전극봉의 하강 위치를 자동으로 검출하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극봉 위치제어장치는 변압기로부터 전류가 공급되며 전극제어부의 제어에 의해 승하강하는 전극봉과 스크랩 사이에 발생하는 아크에 의해 스크랩을 용해시키는 교류전기로의 전극봉 위치제어장치에 있어서, 상기 전극봉과 스크랩 사이의 전압을 검출하는 전압변환부와, 상기 전극봉에 공급되는 전류를 검출하는 전류변환부와, 상기 전압변환부에서 검출된 전압과 설정된 전압을 비교하는 전압비교부와, 상기 전압비교부에서 검출된 전압이 설정된 전압보다 작은 경우 및 상기 전류변화부에서 검출된 전류가 0인 경우 상기 전극봉이 스크랩과 접촉하였음을 판단하여 경보신호를 출력함과 동시에 전극봉의 하강정지신호를 출력하는 제어부로 구성된다.

Description

교류전기로의 초기 전극봉 위치제어장치{An apparatus for controlling initial position of electrode bar in DC electric furnace}

본 발명의 전기로의 전극봉 위치제어장치에 관한 것으로, 특히 교류전기로에서 전기로 아크를 용해하기 위한 전극봉의 초기 하강에 있어서 스크랩과의 접촉을 조기에 검출하여 전극절손을 방지하고 전기로의 과전류 발생에 의한 설비고장을 사전에 방지할 수 있는 교류전기로의 초기 전극봉 위치제어장치에 관한 것이다.

근래, 전기로제강이 국내 철강산업에서 차지하는 비중과 위상이 급속히 강화되고 직류(DC)전기로 조업기술의 개량과 교류(AC)전기로의 신속제강기술이 더욱 향상됨에 따라 전기로의 보급은 점차 증가하고 있는 실정이다. 전기로제강은 저렴한 설비투자, 경제적인 생산성 및 조업의 유연성이라는 장점을 갖기 때문에, 전기로의 조업안정화에 주력하는 한편 조업기술 개선에도 많은 노력을 기울인 결과, DC전기로 특성에 맞는 송전패턴을 정립시킴으로써 전력에너지 사용을 극대화하였다. 또한 이러한 DC전기로의 조업기술향상과 더불어 AC전기로도 점차 그 사용이 증가하고 있다.

도 1은 종래의 AC전기로를 나타내는 도면으로, 상기 도면에 도시된 전기로는 스크랩예열기술을 이용한 AC전기로이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 AC전기로에서는 변압기(1)에서 출력되는 대전력이 버스(2)를 통해 전극봉(5) 공급된다. 전극의 아크는 전기로내의 도체인 스크랩(고철;8)을 통해 발생하며 아크의 열원으로 용해가 된다. 전극제어장치(16)에 의해 제어되는 전극 승하강 밸브(11)에 의해 유압실린더(10)가 구동함에 따라 전극봉(5)의 상승 위치에서 자중에 의해 하강하게되는데, 전극봉(5)가 스크랩(8)의 거리가 가장 가까운 곳의 전극이 가장 먼저 도착하여 스크랩(8)을 누르고 정지하게 되며, 두번째의 전극이 스크랩(8)과 접촉하는 순간 접촉부위에서 아크가 발생하여 전극을 상승시키게 된다. 또한, 가장 먼저 도착한 전극 역시 전류의 상승으로 인해 적절한 위치까지 상승하여 아크가 계속 이루어지게 된다.

전압변환기(14)에서는 전기로 본체(9)와 각각의 전극 사이의 전압을 검출하며, 전류변환기(15)는 각각의 전극에 공급되는 전류를 측정한다.

상기한 바와 같은 구조의 전기로에서는 전기로 아크작업 초기에 스크랩(8)에 가장 먼저 도착한 전극이 자중에 의해 스크랩(8)을 계속 누르고 있기 때문에, 상대적으로 강도가 약한 전극하부 및 연결부위가 절손되는 현상이 빈번하게 발생하게 된다. 전극이 절손되는 경우 절손된 전극과 나머지 전극 사이에 아크가 발생하게 되어 대전류가 버스(2), 남은 전극, 절손된 전극을 거쳐 전기로의 루프(6)로 흐르기 때문에, 전기로를 덮고 있는 루프(6)에 아크가 발생하게 되어 도면 표시하지 않은 루프 냉각용 냉각수 파이프가 파손되어 냉각수가 누수되며, 그 결과 쇳물속으로 냉각수가 다량 침투하여 전기로가 폭발할 위험이 상존하였을 뿐만 아니라 미용해된 스크랩(8)이 발생하게 되어 작업이 지연되는 문제가 있었다.

또한, 전극이 절손되지 않는 경우라도 자중에 의해 전극이 스크랩(8)을 누르고 있기 때문에, 두번째 전극의 하강으로 인해 아크가 발생하게 되면, 폐회로가 형성하게 되어 큰전류가 전극을 통해 형성되는데, 이때 전기로의 특성상 전극의 신속한 상승이 불가능하기 때문에 일정 시간 동안 과전류가 발생하게 된다. 따라서, 과전류에 의해 전극이 절손되고 변압기에 과부하가 인가되어 상기 변압기가 열화될 뿐만 아니라 변압기 내부의 코일이 파손되는 문제가 있었다.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 종래에는 전기로 아크 초기에 전극의 상태를 운전자가 육안으로 관찰하여, 전극과 스크랩의 초기 접촉순간을 판단하여 전극을 수동으로 정지시켰지만, 이러한 육안에 의한 초기 접촉순간의 판단은 숙련된 운전자를 요구할 뿐만 아니라 운전자 마다 판단기준이 다르기 때문에 표준화된 접촉순간의 판단이 불가능하였다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 교류전기로에서 전극봉과 스크랩의 접촉을 전극봉과 스크랩 사이의 전압을 이용하여 판단하여 전극봉의 하강을 정지시킴으로써 전극봉의 자중에 의한 계속적인 하강에 의한 전극절손을 방지하고 전기로의 과전류 발생에 의한 설비고장을 방지할 수 있는 교류전기로의 전극봉 위치제어장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전극봉 위치제어장치는 변압기로부터 전류가 공급되며 전극제어부의 제어에 의해 승하강하는 전극봉과 스크랩 사이에 발생하는 아크에 의해 스크랩을 용해시키는 교류전기로의 전극봉 위치제어장치에 있어서, 상기 전극봉과 스크랩 사이의 전압을 검출하는 전압변환부와, 상기 전극봉에 공급되는 전류를 검출하는 전류변환부와, 상기 전압변환부에서 검출된 전압과 설정된 전압을 비교하는 전압비교부와, 상기 전압비교부에서 검출된 전압이 설정된 전압보다 작은 경우 및 상기 전류변화부에서 검출된 전류가 0인 경우 상기전극봉이 스크랩과 접촉하였음을 판단하여 경보신호를 출력함과 동시에 전극봉의 하강정지신호를 출력하는 제어부로 구성된다.

도 1은 종래의 교류전기로를 나타내는 도면.

도 2는 전극봉 위치제어부에 의해 자동으로 전극봉의 위치가 제어되는 본 발명의 교류전기로를 나타내는 도면.

도 3은 도 2의 전극봉 위치제어부의 상세회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 변압기 3 : 버스

5 : 전극봉 6 : 루프

8 : 스크랩 9 : 전기로본체

10 : 유압실린더 11 : 승하강밸브

14 : 전압변환기 15 : 전류변환기

100 : 전극봉 위치제어부 101 : 전압입력 및 보상부

102 : 전압비교부 103 : 전류입력 및 보상부

104 : 제어부 105 : 경보출력부

106 : 하강정지 출력부 110 : 전극제어부

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 교류전기로의 초기 전극봉 위치제어장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 교류전기로를 나타내는 도면이고 도 3은 상기 교류전기로의 전극봉 위치제어부의 상세회로도이다. 도면에 도시된 교류전기로는 도 1에 도시된 교류전기로와는 전극봉 제어장치를 제외하고는 그 구조가 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는 주로 전극봉 제어장치에 대해 설명하며, 그 이외의 구조에 대해서는 설명을 생략한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 전기로에 공급되는 전압 및 전류를 전압변환기(14) 및 전류변환기(15)를 통해 전기신호로 검출하고 이 검출된 전기신호를 전극봉 위치제어부(100)로 출력함으로써 전극을 자동으로 정지시키는 것이다.

이를 위해, 전기로의 초기 전극봉 위치를 제어하는 전극봉 위치제어부(100)는 상기 전압변환기(14)와 전류변환기(15)에 의해 검출되는 전극과 전기로 본체(9) 사이의 전압검출값과 상기 전극에 공급되는 전류검출값이 입력된 후 그 값들이 처리되는 전압입력 및 보상부(101)와 전류입력 및 보상부(103)와, 상기 전압입력 및 보상부(102)에서 처리되어 입력되는 전압을 설정전압과 비교하는 전압비교부(102)와, 상기 입력 전압이 설정 전압 보다 작은 경우 또는 상기 전류입력 및 보상부(103)에서 처리되어 입력되는 전류가 설정 전류 보다 작은 경우 전극이 스크랩(8)에 접촉되었음을 판단하여 제어신호를 출력하는 제어부(104), 상기 제어부(104)로부터 입력되는 제어신호에 따라 경보신호를 경보부(30)로 출력하여 전극이 스크랩(8)에 접촉되었음을 알리는 경보출력부(105)와, 상기 전극제어부(16)로 전극의 하강을 정지시키는 신호를 출력하는 하강정지 출력부(106)로 구성된다.

또한, 상기 전극제어부(110)는 전압변환기(14)와 전류변환기(15)로부터 입력되는 신호에 따라 전극의 승하강을 판단하는 승하강판단부(113)와, 조업자의 수동정지신호 및 상기 전극봉 위치제어부(100)로부터의 정지신호가 입력됨에 따라 전극의 하강을 정지시키는 하강정지부(112)와, 상기 승하강판단부(113)와 하강정지부(112)로부터 입력되는 신호에 따라 전극 승하강 밸브(11)를 통해 유압실린더(10)를 구동시켜 전극봉(5)을 승하강시키는 승하강 제어부(111)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 전기로에서 전극봉 위치제어방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 전기로의 스크랩(8)을 용해하기 위해서는 전기로의 전극(5)을 상승시킨 상태에서 스크랩(8)을 장입한 후 작업개시부(17)를 통해 작업자가 작업개시 명령을 내리면, 상기 변압기(1)로부터 전류가 공급되는 전극이 일제히 자중에 의해 하강하기 시작한다. 이때, 전압변환기(14)에는 전기로 본체(9)와 전극 사이의 전압이 검출된다.

전기로의 전극(5)은 이전 작업의 아크발생상황 및 전극의 교체시기 등에 따라 그 길이가 다르게 되며, 그 결과 스크랩(8)과의 접촉 역시 다르게 된다. 즉, 길이가 가장 긴 전극이 가장 먼저 스크랩(8)에 접촉하게 되는데, 전압검출기(14)에서는 상기 가장 먼저 접촉된 전극과 전기로 본체(9)는 사이의 전압을 검출한다.

상기 전압검출기(14)에 검출된 전압값은 전압입력 및 보상부(102)로 입력되어 오검출을 방지하기 위해 보상된 후 전압비교부(103)로 입력되어 설정 전압과 비교된다.

일반적으로 전극이 스크랩(8)에 접촉하는 순간의 전압은 0전위로 되지만, 전극과 스크랩(8)의 저항에 의해 접촉순간의 전압이 항상 0전위로만 되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에서는 상기 설정 전압을 약 50V 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이 설정 전압은 고정된 것은 아니고 전극과 스크랩(8)에 따라 달라질 수 있다.

한편, 전류변환기(15)에서 검출된 전류검출값은 전류입력 및 보상부(103)에 입력되어 보상됨으로써 오검출을 방지하며, 보상된 전류값이 제어부(104)로 입력된다.

제어부(104)에서는 상기 전압비교부(102)에서 전압변환기(14)에서 검출된 전압검출값이 설정 전압 보다 작은 경우 및 전류입력 및 보상부(103)부터 입력되는 보상전류가 존재하지 않는 경우 전극이 스크랩(8)에 접촉된 것이라고 판단한 후, 경보출력부(105)에 제어신호를 인가하여 경보신호를 출력하도록 하며, 동시에 하강정지 출력부(106)에 신호를 인가하여 하강정지 출력신호를 출력하도록 한다. 상기 경보출력부(105)로부터 출력되는 경보신호는 경보부(30)로 입력되어 상기 전극과 스크랩(8)이 접촉되었음을 작업자에게 알리며, 하강정지 출력부(106)로부터 출력되는 신호는 전극제어부(110)의 하강정지부(112)로 입력되어 승하강 제어부(111)를통해 승하강밸브(11)를 조작한다.

상기와 같은 방법에 의해 전극과 스크랩(8)의 접촉시점을 자동으로 파악하고 되고 그 결과 전극봉(5)을 정확한 위치에 정지시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 육안에 의해 전극과 스크랩의 초기 접촉을 파악하여 전극봉의 하강을 정지시키던 종래 기술에 비해, 전극과 스크랩 사이의 전압을 검출하여 상기 검출된 전압을 설정 전압과 비교하여 검출 전압이 설정 전압 이하가 되는 경우 전극과 스크랩이 접촉하였음을 판단하여 전극봉의 하강을 정지시키기 때문에 정확한 전극봉의 위치제어(즉, 전극과 스크랩의 접촉위치의 제어)가 가능하게 된다. 따라서, 전극봉의 계속적인 하강에 의한 전극절손을 방지하고 전기로의 과전류 발생에 의한 설비고장을 사전에 방지할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 변압기로부터 전류가 공급되며 전극제어부의 제어에 의해 승하강하는 전극봉과 스크랩 사이에 발생하는 아크에 의해 스크랩을 용해시키는 교류전기로의 전극봉 위치제어장치에 있어서,

   상기 전극봉과 스크랩 사이의 전압을 검출하는 전압변환부;

   상기 전극봉에 공급되는 전류를 검출하는 전류변환부;

   상기 전압변환부에서 검출된 전압과 설정된 전압을 비교하는 전압비교부; 및

   상기 전압비교부에서 검출된 전압이 설정된 전압보다 작은 경우 및 상기 전류변화부에서 검출된 전류가 0인 경우 상기 전극봉이 스크랩과 접촉하였음을 판단하여 경보신호를 출력함과 동시에 전극봉의 하강정지신호를 출력하는 제어부로 구성된 교류전기로의 전극봉 위치제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전압변환부에서 검출된 전압값을 보상처리하여 오류가 발생하는 것을 방지하는 전압보상수단; 및

   상기 전류변환부에서 검출된 전류값을 보상처리하여 오류가 발생하는 것을 방지하는 전류보상수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극봉 위치제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부에 의해 전극봉과 스크랩이 접촉되었음을 판단하는 경우 경보신호를 출력하여 작업자에게 알리는 경보출력부; 및

   상기 제어부에 의해 전극봉과 스크랩이 접촉되었음을 판단하는 경우 하강정지신호를 전극제어부로 출력하여 전극봉의 하강을 정지시키는 하강정지 출력부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극봉 위치제어장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 설정 전압은 50V 이하인 것을 특징으로 하는 전극봉 위치제어장치.